Innenleben einer Ladestation

Wie sieht eine Ladestation eigentlich von innen aus?

Von außen betrachtet ist ein Ladevorgang schnell gestartet. Kabel anstecken, gegebenenfalls autorisieren, und los gehts. Wer eine(n) kleine(n) BastlerIn in sich trägt, hat sich aber bestimmt schon gefragt, was hinter dem Gehäuse vor sich geht. Wir haben die Antwort und zeigen, welche Sicherheitsschranken der Strom passieren muss, bevor er in der Batterie ankommt.

FI Schutzschalter

Zunächst durchläuft der Strom den Fehlerstromschutzschalter (FI). Dieser registriert Fehlerströme d.h. er überwacht den Stromkreis und löst aus, wenn ein AC Fehlerstrom auftritt. So wird sichergestellt, dass bei Defekten der Zuleitung oder der Station keine Gefahr für Leib und Leben von der Station ausgeht.

Installationsschütz

Nach dem FI fließt der Strom durch das Installationsschütz, das in etwa einem ferngesteuerten „An/Aus-Schalter“ gleich kommt. Das Installationsschütz startet und stoppt den Stromfluss, wenn ihm das von außen vorgegeben wird, wie z.B. durch die Phasenstromerkennung.

Phasenstromerkennung

Das Stromnetz in Gebäuden besteht aus drei sogenannten „Phasen“, welche immer im Gleichgewicht sein müssen. Das ist Vorgabe der Netzbetreiber, da die übermäßige Belastung einer einzigen Phase einen instabilen Zustand des Stromnetzes erzeugen würde. Um sicherzustellen, dass der stabile Zustand erhalten bleibt, misst die Phasenstromerkennung, ob das Fahrzeug unerlaubt zu viel Strom aus einer oder mehreren Phasen zieht. Wird das Stromnetz dadurch aus dem Gleichgewicht gebracht, gibt die Phasenstromerkennung ein Signal an das Installationsschütz und beendet so den Ladevorgang.

DC-Fehlerstrommodul

Akkus beziehen grundsätzlich Gleichstrom (DC). Der AC Strom aus dem Netz muss daher erst umgewandelt werden, bevor er in der Batterie ankommt. Dies geschieht meist nicht in der Ladestation, sondern im Auto. Während der FI-Schalter den Netzanschluss AC-seitig prüft, sichert das DC-Schutzmodul die Ladestation gegen fahrzeugseitige Fehlerströme ab. So wird verhindert, dass Fehlerströme aus dem Fahrzeug in den Hausanschluss gelangen und die dortige Elektrik und Elektronik beschädigen.

In manchen Ladegeräten ist statt dem DC-Schutzmodul ein sogenannter FI-Schalter Typ B verbaut, der sowohl AC also auch DC Fehlerströme identifiziert. Sollte der FI-Schalter allerdings auslösen, muss die Ladestation manuell wieder gestartet werden. Der Vorteil beim DC-Schutzmodul besteht darin, dass dieses bei fahrzeugseitigen Problemen nicht sofort den FI-Schalter umlegt, sondern nach einiger Zeit erneut die Situation prüft und der Betrieb in den meisten Fällen ohne menschliches Eingreifen wieder aufgenommen wird.

Energiezähler

Wenn keine Fehlerströme registriert wurden und alles in Ordnung ist, fließt der Strom durch seine letzte Station: den Zähler. Erst ab hier wird der kWh-Verbrauch gemessen. Deswegen wird der Energieverbrauch der Ladestation selbst nicht in die Messung einbezogen. Steht am Ende des Ladevorgangs eine Abrechnung mit Zahlungsabwicklung, müssen FahrerInnen dadurch nur den Strom bezahlen, der wirklich im Akku angekommen ist.

Logging Gateway

Im Logging Gateway werden die Energiewerte aus dem Zähler signiert und gespeichert. Das ist für einen eichrechtskonformen Betrieb unbedingt notwendig. So ist vom Zähler bis zum Abrechnungsdienstleister gesichert, dass die Energiewerte nicht manipuliert werden.

Notfall Kondensator

Bei einem Stromausfall würde der Betrieb der Ladestation unterbrochen werden. FahrerInnen hätten das Problem, dass die Steckerverriegelung noch aktiv ist und sie das Ladekabel nicht abziehen könnten. Hier greift der Notfall Kondensator, der die Entriegelung einleitet, sodass der Stecker abgezogen werden kann.

EVCC (Electric Vehicle Charge Controller)

Der EVCC ist das kleine Gehirn der Wallbox. Er übernimmt die Kommunikation zum Fahrzeug, kommuniziert mit dem DC-Fehlerstrommodul sowie der Phasenstromerkennung und schaltet über das Installationsschütz den Ladevorgang frei.

Backend

Die meisten modernen Ladestationen verfügen zusätzlich über einen zweiten Computer, der die Daten des EVCC und des Energiezählers ausliest und diese über eine SIM Karte an eine Cloud schickt. Dadurch können NutzerInnen in einer Software verwaltet und Ladevorgänge abgerechnet werden. Außerdem ermöglicht der zweite Computer es, mehrere Ladestationen zu steuern und so den verfügbaren Strom intelligent an ladende Fahrzeuge zu verteilen.